单纯形法计算步骤 一元二次方程换元法

2024-09-2202:17:13综合资讯0

标题或许有些夸张,但这只是一个小小的单纯形法实现,真的要解决复杂的线性规划,难度还是不小的。今天仅仅是将单纯形法的基本逻辑应用于几个简单的方程组,适合初学者了解一下,大神们请见谅。

我们得了解单纯形法的基本步骤。网上有大量相关资料,这里就简单概述一下:

单纯形法计算步骤 一元二次方程换元法

对于那些学习过运筹学的人,这些理论应该比较熟悉。如果你还未接触过,建议查阅一下相关教材。比如,以下是一个简化的例子:

max z = 12x + 15y

0.25x + 0.5y ≤ 1200

0.5x + 0.5y ≤ 1500

0.25x ≤ 50

x ≥ 0, y ≥ 0

用图解法可以很轻松地解决这个问题:

单纯形法计算步骤 一元二次方程换元法

通过目标函数的斜率画平行线,通常我们能够找到最优解点,比如在图中B点。接下来,我们看看如何用程序来求解这个问题。我们需要将问题转换为标准型,通过添加松弛变量:

min -z = -12x1 - 15x2

0.25x1 + 0.5x2 + x3 = 1200

0.5x1 + 0.5x2 + x4 = 1500

0.25x1 + x5 = 50

x1 ≥ 0, x2 ≥ 0

代码中如何描述这个问题呢?我们用数组和矩阵来处理:

单纯形法计算步骤 一元二次方程换元法

上图展示了一个名为compute的方法,这个方法负责计算具体的实现细节。详细的实现可以参考以下内容:

单纯形法中,最重要的部分是建立单纯形表。初始的单纯形表大概如下:

单纯形法计算步骤 一元二次方程换元法

代码中也涵盖了这一步,找到初始的基变量索引列表,并组装了必要的参数,包括xb(基变量索引列表)、blist(b列的列表)和Alist(约束条件与目标函数的矩阵)。接下来的SimplexMethod方法是核心迭代部分,代码如下:

注释部分基本解释了逻辑,首先定义了迭代的终止条件:当所有检验数均大于0时,迭代停止。算法遵循理论逻辑,首先确定进入基变量,然后计算检验数,找出最小检验数的索引,确定基变量,并进行行列式转换(这部分在代码实现时比较复杂)。如果检验数并非全大于0,则继续迭代,直到条件满足,输出解变量及其参数值。中间的输出主要是用于调试,仅供参考。最终的运行结果如下:

单纯形法计算步骤 一元二次方程换元法

可以看到,最终基变量为1、0、4,即x2、x1、x5。x5是额外添加的松弛变量,实际计算中忽略它。x1的值为120,x2的值为180。与图解法得到的B点坐标(120,180)相符,说明我们的迭代逻辑是正确的。感兴趣的朋友可以尝试修改参数,进行验证。虽然小规模问题解决没问题,但请注意,这种方法不适用于大规模线性规划,笔者能力有限,请谨慎使用。